Sú to izotopy. Myšlienka atómov ako nedeliteľných najmenších častíc hmoty

Zistilo sa, že každý chemický prvok nachádzajúci sa v prírode je zmesou izotopov (preto majú zlomkové atómové hmotnosti). Aby sme pochopili, ako sa izotopy navzájom líšia, je potrebné podrobne zvážiť štruktúru atómu. Atóm tvorí jadro a elektrónový oblak. Hmotnosť atómu je ovplyvnená elektrónmi pohybujúcimi sa ohromujúcou rýchlosťou cez orbitály v elektrónovom oblaku, neutróny a protóny, ktoré tvoria jadro.

Definícia

Neutróny nemajú náboj, ale ich počet v atómovom jadre toho istého prvku sa môže meniť. To nijako neovplyvňuje neutralitu atómu, ale ovplyvňuje jeho hmotnosť a vlastnosti. Napríklad akýkoľvek izotop atómu vodíka obsahuje jeden elektrón a jeden protón. Ale počet neutrónov je iný. Protium má iba 1 neutrón, deutérium má 2 neutróny a trícium má 3 neutróny. Tieto tri izotopy sa navzájom výrazne líšia vlastnosťami.

Porovnanie

Majú rôzny počet neutrónov, rôznu hmotnosť a rôzne vlastnosti. Izotopy majú identickú štruktúru elektrónových obalov. To znamená, že majú veľmi podobné chemické vlastnosti. Preto majú v periodickej tabuľke jedno miesto.

V prírode sa našli stabilné a rádioaktívne (nestabilné) izotopy. Jadrá atómov rádioaktívnych izotopov sú schopné spontánnej premeny na iné jadrá. Počas procesu rádioaktívneho rozpadu vyžarujú rôzne častice.

Väčšina prvkov má viac ako dva tucty rádioaktívnych izotopov. Okrem toho sú rádioaktívne izotopy umelo syntetizované pre absolútne všetky prvky. V prírodnej zmesi izotopov sa ich obsah mierne líši.

Existencia izotopov umožnila pochopiť, prečo v niektorých prípadoch majú prvky s nižšou atómovou hmotnosťou vyššie atómové číslo ako prvky s vyššou atómovou hmotnosťou. Napríklad v páre argón-draslík obsahuje argón ťažké izotopy a draslík obsahuje ľahké izotopy. Preto je hmotnosť argónu väčšia ako hmotnosť draslíka.

Webová stránka Závery

Majú rôzny počet neutrónov.
Izotopy majú rôzne atómové hmotnosti.
Hodnota hmotnosti atómov iónov ovplyvňuje ich celkovú energiu a vlastnosti.

Izotopy- odrody atómov (a jadier) chemického prvku, ktoré majú rovnaké atómové (poradové) číslo, no zároveň rôzne hmotnostné čísla.

Termín izotop je vytvorený z gréckych koreňov isos (ἴσος "rovnaký") a topos (τόπος "miesto"), čo znamená "rovnaké miesto"; Význam názvu je teda taký, že rôzne izotopy toho istého prvku zaberajú rovnakú pozíciu v periodickej tabuľke.

Tri prírodné izotopy vodíka. Skutočnosť, že každý izotop má jeden protón, má varianty vodíka: identita izotopu je určená počtom neutrónov. Zľava doprava sú izotopy protium (1H) s nulovými neutrónmi, deutérium (2H) s jedným neutrónom a trícium (3H) s dvoma neutrónmi.

Počet protónov v jadre atómu sa nazýva atómové číslo a rovná sa počtu elektrónov v neutrálnom (neionizovanom) atóme. Každé atómové číslo identifikuje špecifický prvok, ale nie izotop; Atóm daného prvku môže mať široký rozsah počtu neutrónov. Počet nukleónov (protónov aj neutrónov) v jadre je hmotnostné číslo atómu a každý izotop daného prvku má iné hmotnostné číslo.

Napríklad uhlík-12, uhlík-13 a uhlík-14 sú tri izotopy elementárneho uhlíka s hmotnostnými číslami 12, 13 a 14. Atómové číslo uhlíka je 6, čo znamená, že každý atóm uhlíka má 6 protónov, takže neutrónové čísla týchto izotopov sú 6, 7 a 8.

Nupokojuje A izotopy

Nuklid označuje jadro, nie atóm. Identické jadrá patria k rovnakému nuklidu, napríklad každé jadro nuklidu uhlík-13 pozostáva zo 6 protónov a 7 neutrónov. Koncept nuklidov (týkajúci sa jednotlivých jadrových druhov) zdôrazňuje jadrové vlastnosti pred chemickými vlastnosťami, zatiaľ čo koncept izotopov (zoskupujúci všetky atómy každého prvku) zdôrazňuje chemickú reakciu pred jadrovou reakciou. Neutrónové číslo má veľký vplyv na vlastnosti jadier, ale jeho vplyv na chemické vlastnosti je pre väčšinu prvkov zanedbateľný. Dokonca aj v prípade najľahších prvkov, kde sa pomer neutrónov k atómovému číslu medzi jednotlivými izotopmi najviac líši, má zvyčajne len malý vplyv, hoci v niektorých prípadoch na tom záleží (pre vodík, najľahší prvok, je izotopový efekt veľký mať veľký vplyv na biológiu). Pretože izotop je starší termín, je známejší ako nuklid a stále sa niekedy používa v kontextoch, kde môže byť nuklid vhodnejší, ako je nukleárna technológia a nukleárna medicína.

Označenia

Izotop alebo nuklid sa identifikuje názvom konkrétneho prvku (označuje atómové číslo), za ktorým nasleduje spojovník a hmotnostné číslo (napríklad hélium-3, hélium-4, uhlík-12, uhlík-14, urán- 235 a urán-239). Keď sa použije chemická značka, napr. "C" pre uhlík, štandardná notácia (teraz známa ako "AZE-notation", pretože A je hmotnostné číslo, Z je atómové číslo a E je pre prvok) - uveďte hmotnostné číslo (počet nukleónov) horným indexom v ľavom hornom rohu chemickej značky a uveďte atómové číslo s dolným indexom v ľavom dolnom rohu). Pretože atómové číslo je dané symbolom prvku, zvyčajne sa v hornom indexe uvádza iba hmotnostné číslo a neuvádza sa atómový index. Písmeno m sa niekedy pridáva za hmotnostné číslo na označenie jadrového izoméru, metastabilného alebo energeticky excitovaného jadrového stavu (na rozdiel od základného stavu s najnižšou energiou), napríklad 180 m 73Ta (tantal-180 m).

Rádioaktívne, primárne a stabilné izotopy

Niektoré izotopy sú rádioaktívne, a preto sa nazývajú rádioizotopy alebo rádionuklidy, zatiaľ čo u iných nebolo nikdy pozorované, že by sa rádioaktívne rozpadli a nazývajú sa stabilné izotopy alebo stabilné nuklidy. Napríklad 14C je rádioaktívna forma uhlíka, zatiaľ čo 12C a 13C sú stabilné izotopy. Na Zemi je približne 339 prirodzene sa vyskytujúcich nuklidov, z ktorých je 286 prvotných nuklidov, čo znamená, že existujú od sformovania Slnečnej sústavy.

Pôvodné nuklidy zahŕňajú 32 nuklidov s veľmi dlhým polčasom rozpadu (viac ako 100 miliónov rokov) a 254, ktoré sú formálne považované za "stabilné nuklidy", pretože nebolo pozorované, aby sa rozpadli. Vo väčšine prípadov, zo zrejmých dôvodov, ak má prvok stabilné izotopy, potom tieto izotopy dominujú nadbytku prvkov na Zemi a v slnečnej sústave. V prípade troch prvkov (telúr, indium a rénium) je však najbežnejším izotopom vyskytujúcim sa v prírode v skutočnosti jeden (alebo dva) rádioizotopy prvku s extrémne dlhou životnosťou, napriek tomu, že tieto prvky majú jeden alebo stabilnejšie izotopy.

Teória predpovedá, že mnohé zdanlivo „stabilné“ izotopy/nuklidy sú rádioaktívne, s extrémne dlhými polčasmi rozpadu (ignorujúc možnosť rozpadu protónov, čo by nakoniec spôsobilo nestabilitu všetkých nuklidov). Z 254 nuklidov, ktoré neboli nikdy pozorované, je len 90 z nich (všetky z prvých 40 prvkov) teoreticky stabilných voči všetkým známym formám rozpadu. Prvok 41 (niób) je teoreticky nestabilný spontánnym štiepením, ale to sa nikdy nepodarilo objaviť. Mnohé ďalšie stabilné nuklidy sú teoreticky energeticky náchylné na iné známe formy rozpadu, ako je alfa rozpad alebo dvojitý beta rozpad, ale produkty rozpadu ešte neboli pozorované, a preto sa tieto izotopy považujú za "pozorovateľne stabilné". Predpovedané polčasy rozpadu týchto nuklidov často výrazne prevyšujú odhadovaný vek vesmíru a v skutočnosti je známych aj 27 rádionuklidov s polčasmi dlhšími ako je vek vesmíru.

Rádioaktívne nuklidy vytvorené umelo, v súčasnosti je známych 3 339 nuklidov. Patrí medzi ne 905 nuklidov, ktoré sú buď stabilné, alebo majú polčas rozpadu dlhší ako 60 minút.

Vlastnosti izotopov

Chemické a molekulárne vlastnosti

Neutrálny atóm má rovnaký počet elektrónov ako protónov. Rôzne izotopy daného prvku teda majú rovnaký počet elektrónov a podobné elektronické štruktúry. Pretože chemické správanie atómu je do značnej miery určené jeho elektronickou štruktúrou, rôzne izotopy vykazujú takmer identické chemické správanie.

Výnimkou je kinetický izotopový efekt: v dôsledku ich veľkých hmotností majú ťažšie izotopy tendenciu reagovať o niečo pomalšie ako ľahšie izotopy toho istého prvku. Toto je najvýraznejšie pre protium (1 H), deutérium (2 H) a trícium (3 H), pretože deutérium má dvakrát väčšiu hmotnosť ako protium a trícium má trikrát väčšiu hmotnosť ako protium. Tieto rozdiely v hmotnosti ovplyvňujú aj správanie ich príslušných chemických väzieb, čím sa mení ťažisko (znížená hmotnosť) atómových systémov. Avšak pre ťažšie prvky sú relatívne hmotnostné rozdiely medzi izotopmi oveľa menšie, takže účinky hmotnostných rozdielov v chémii sú zvyčajne zanedbateľné. (Ťažké prvky majú tiež relatívne viac neutrónov ako ľahšie prvky, takže pomer jadrovej hmoty k celkovej hmotnosti elektrónov je o niečo väčší).

Podobne dve molekuly, ktoré sa líšia iba izotopmi svojich atómov (izotopológy), majú rovnakú elektrónovú štruktúru, a teda takmer nerozoznateľné fyzikálne a chemické vlastnosti (opäť, s primárnymi výnimkami sú deutérium a trícium). Vibračné módy molekuly sú určené jej tvarom a hmotnosťou atómov, z ktorých pozostáva; Preto majú rôzne izotopológy rôzne sady vibračných režimov. Pretože vibračné režimy umožňujú molekule absorbovať fotóny vhodných energií, izotopológie majú v infračervenom spektre rôzne optické vlastnosti.

Jadrové vlastnosti a stabilita

Izotopové polčasy rozpadu. Graf pre stabilné izotopy sa odchyľuje od čiary Z = N, keď sa číslo prvku Z zvyšuje

Atómové jadrá pozostávajú z protónov a neutrónov, ktoré sú navzájom spojené zvyškovou silnou silou. Pretože protóny sú kladne nabité, navzájom sa odpudzujú. Neutróny, ktoré sú elektricky neutrálne, stabilizujú jadro dvoma spôsobmi. Ich kontakt mierne posúva protóny od seba, čím sa znižuje elektrostatické odpudzovanie medzi protónmi a vyvíjajú na seba a na protóny príťažlivú jadrovú silu. Z tohto dôvodu je potrebný jeden alebo viac neutrónov, aby sa dva alebo viac protónov naviazalo na jadro. So zvyšujúcim sa počtom protónov sa zvyšuje aj pomer neutrónov k protónom potrebný na vytvorenie stabilného jadra (pozri graf vpravo). Napríklad, hoci pomer neutrónov:protón 3 2 He je 1:2, pomer neutrónov:protón je 238 92 U
Viac ako 3:2. Množstvo ľahších prvkov má stabilné nuklidy s pomerom 1:1 (Z = N). Nuklid 40 20 Ca (vápnik-40) je pozorovateľne najťažší stabilný nuklid s rovnakým počtom neutrónov a protónov; (Teoreticky je najťažšia stabilná síra-32). Všetky stabilné nuklidy ťažšie ako vápnik-40 obsahujú viac neutrónov ako protónov.

Počet izotopov na prvok

Z 81 prvkov so stabilnými izotopmi je najvyšší počet stabilných izotopov pozorovaných pre akýkoľvek prvok desať (pre prvok cín). Žiadny prvok nemá deväť stabilných izotopov. Xenón je jediný prvok s ôsmimi stabilnými izotopmi. Štyri prvky majú sedem stabilných izotopov, z ktorých osem má šesť stabilných izotopov, desať má päť stabilných izotopov, deväť má štyri stabilné izotopy, päť má tri stabilné izotopy, 16 má dva stabilné izotopy a 26 prvkov má iba jeden (z toho 19 takzvané mononuklidové prvky, ktoré majú jediný primordiálny stabilný izotop, ktorý dominuje a s vysokou presnosťou fixuje atómovú hmotnosť prírodného prvku; prítomné sú aj 3 rádioaktívne mononuklidové prvky). Celkovo existuje 254 nuklidov, ktorých rozpad nebol pozorovaný. Pre 80 prvkov, ktoré majú jeden alebo viac stabilných izotopov, je priemerný počet stabilných izotopov 254/80 = 3,2 izotopov na prvok.

Párne a nepárne počty nukleónov

Protóny: Pomer neutrónov nie je jediným faktorom ovplyvňujúcim jadrovú stabilitu. Závisí tiež od parity alebo nepárnosti jeho atómového čísla Z, počtu neutrónov N, teda ich súčtu hmotnostného čísla A. Nepárne Z aj N majú tendenciu znižovať jadrovú väzbovú energiu, čím vznikajú nepárne jadrá, ktoré sú vo všeobecnosti menej stabilné. Tento významný rozdiel v jadrovej väzbovej energii medzi susednými jadrami, najmä nepárnymi izobarami, má dôležité dôsledky: nestabilné izotopy so suboptimálnym počtom neutrónov alebo protónov sa rozpadajú beta rozpadom (vrátane pozitrónového rozpadu), zachytávaním elektrónov alebo inými exotickými prostriedkami, ako je spontánne štiepenie a rozpadové zhluky.

Najstabilnejšie nuklidy sú párny počet protónov a párny počet neutrónov, pričom čísla Z, N a A sú všetky párne. Nepárne stabilné nuklidy sú rozdelené (približne rovnomerne) na nepárne.

Atómové číslo

148 párnych protónových, dokonca neutrónových (NE) nuklidov predstavuje ~ 58 % všetkých stabilných nuklidov. Existuje tiež 22 prvotných dlhožijúcich párnych nuklidov. Výsledkom je, že každý zo 41 párnych prvkov od 2 do 82 má aspoň jeden stabilný izotop a väčšina z týchto prvkov má viacero primárnych izotopov. Polovica týchto párnych prvkov má šesť alebo viac stabilných izotopov. Extrémna stabilita hélia-4 vďaka dvojitej zlúčenine dvoch protónov a dvoch neutrónov bráni nuklidom obsahujúcim päť alebo osem nukleónov existovať dostatočne dlho na to, aby slúžili ako platformy na akumuláciu ťažších prvkov prostredníctvom jadrovej fúzie.

Týchto 53 stabilných nuklidov má párny počet protónov a nepárny počet neutrónov. Je ich menšina v porovnaní s párnymi izotopmi, ktorých je približne 3-krát viac. Spomedzi 41 párnych-Z prvkov, ktoré majú stabilný nuklid, iba dva prvky (argón a cér) nemajú párne-nepárne stabilné nuklidy. Jeden prvok (cín) má tri. Existuje 24 prvkov, ktoré majú jeden párny-nepárny nuklid a 13 prvkov, ktoré majú dva nepárne-párne nuklidy.

Kvôli ich nepárnemu počtu neutrónov majú nepárne-párne nuklidy tendenciu mať veľké prierezy zachytávania neutrónov v dôsledku energie, ktorá vzniká z efektov väzby neutrónov. Tieto stabilné nuklidy môžu byť v prírode nezvyčajne hojné, hlavne preto, že na vytvorenie a vstup do prvotného množstva musia uniknúť zachytávaniu neutrónov, aby vytvorili ďalšie stabilné párne-nepárne izotopy počas procesu a procesu zachytávania neutrónov počas nukleosyntézy.

Nepárne atómové číslo

48 stabilných nuklidov nepárnych protónov a párnych neutrónov, stabilizovaných ich párnym počtom párových neutrónov, tvorí väčšinu stabilných izotopov nepárnych prvkov; Len veľmi málo nepárnych-protón-nepárnych neutrónových nuklidov tvorí ostatné. Existuje 41 nepárnych prvkov od Z = 1 do 81, z ktorých 39 má stabilné izotopy (prvky technécium (43 Tc) a prométium (61 Pm) nemajú stabilné izotopy). Z týchto 39 nepárnych prvkov Z má 30 prvkov (vrátane vodíka-1, kde 0 neutrónov je párnych) jeden stabilný párny-nepárny izotop a deväť prvkov: chlór (17 Cl), draslík (19 K), meď (29 Cu), gálium ( 31 Ga), bróm (35 Br), striebro (47 Ag), antimón (51 Sb), irídium (77 Ir) a tálium (81 Tl) majú dva stabilné izotopy nepárne-párne. To dáva 30 + 2 (9) = 48 stabilných párnych izotopov.

Len päť stabilných nuklidov obsahuje nepárny počet protónov a nepárny počet neutrónov. Prvé štyri "nepárne" nuklidy sa vyskytujú v nuklidoch s nízkou molekulovou hmotnosťou, pre ktoré zmena protónu na neutrón alebo naopak povedie k veľmi nevychýlenému pomeru protón-neutrón.

Jediný úplne „stabilný“, nepárny nuklid je 180 m 73 Ta, ktorý sa považuje za najvzácnejší z 254 stabilných izotopov a je jediným prvotným jadrovým izomérom, ktorý sa napriek experimentálnym pokusom ešte nepozoroval.

Nepárny počet neutrónov

Aktinidy s nepárnym počtom neutrónov majú tendenciu sa štiepiť (s tepelnými neutrónmi), zatiaľ čo tie s párnym počtom neutrónov vo všeobecnosti nie, hoci sa štiepia s rýchlymi neutrónmi. Všetky pozorovane stabilné nepárne-nepárne nuklidy majú nenulový celočíselný spin. Je to preto, že jeden nespárovaný neutrón a nespárovaný protón majú k sebe väčšiu jadrovú silu, ak sú ich spiny zarovnané (vytvárajúce celkový spin aspoň 1 jednotku), a nie zarovnané.

Výskyt v prírode

Prvky sú tvorené jedným alebo viacerými prirodzene sa vyskytujúcimi izotopmi. Nestabilné (rádioaktívne) izotopy sú buď primárne alebo postprimárne. Prvotné izotopy boli produktom hviezdnej nukleosyntézy alebo iného typu nukleosyntézy, ako je štiepenie kozmického žiarenia, a pretrvali až do súčasnosti, pretože ich rýchlosť rozpadu je taká nízka (napr. urán-238 a draslík-40). Postprirodzené izotopy vznikli bombardovaním kozmickým žiarením ako kozmogénne nuklidy (napr. trícium, uhlík-14) alebo rozpad rádioaktívneho prvotného izotopu na dcéru rádioaktívneho rádiogénneho nuklidu (napr. urán na rádium). Niekoľko izotopov sa prirodzene syntetizuje ako nukleogénne nuklidy inými prirodzenými jadrovými reakciami, napríklad keď sú neutróny z prirodzeného jadrového štiepenia absorbované iným atómom.

Ako je uvedené vyššie, iba 80 prvkov má stabilné izotopy a 26 z nich má iba jeden stabilný izotop. Približne dve tretiny stabilných prvkov sa teda prirodzene vyskytujú na Zemi v niekoľkých stabilných izotopoch, pričom najväčší počet stabilných izotopov pre prvok je desať, pre cín (50Sn). Na Zemi je asi 94 prvkov (až po plutónium vrátane), hoci niektoré sa nachádzajú len vo veľmi malých množstvách, ako napríklad plutónium-244. Vedci sa domnievajú, že prvky, ktoré sa prirodzene vyskytujú na Zemi (niektoré len ako rádioizotopy), sa celkovo vyskytujú ako 339 izotopov (nuklidov). Len 254 z týchto prirodzených izotopov je stabilných v tom zmysle, že doteraz neboli pozorované. Ďalších 35 prvotných nuklidov (celkovo 289 prvotných nuklidov) je rádioaktívnych so známymi polčasmi rozpadu, ale majú polčasy rozpadu viac ako 80 miliónov rokov, čo im umožňuje existovať od začiatku Slnečnej sústavy.

Všetky známe stabilné izotopy sa prirodzene vyskytujú na Zemi; Ostatné prirodzene sa vyskytujúce izotopy sú rádioaktívne, ale kvôli ich relatívne dlhému polčasu rozpadu alebo iným spôsobom nepretržitej prirodzenej produkcie. Patria sem kozmogénne nuklidy uvedené vyššie, nukleogénne nuklidy a akékoľvek rádiogénne izotopy vyplývajúce z prebiehajúceho rozpadu primárneho rádioaktívneho izotopu, ako je radón a rádium z uránu.

Ďalších ~ 3000 rádioaktívnych izotopov, ktoré sa nenachádzajú v prírode, bolo vytvorených v jadrových reaktoroch a urýchľovačoch častíc. Mnohé izotopy s krátkou životnosťou, ktoré sa prirodzene nenachádzajú na Zemi, boli tiež pozorované spektroskopickou analýzou, prirodzene produkované vo hviezdach alebo supernovách. Príkladom je hliník-26, ktorý sa prirodzene nenachádza na Zemi, ale nachádza sa v hojnom množstve v astronomickom meradle.

Tabuľkové atómové hmotnosti prvkov sú priemery, ktoré zodpovedajú za prítomnosť viacerých izotopov s rôznymi hmotnosťami. Pred objavením izotopov empiricky určené, neintegrované hodnoty atómovej hmotnosti zmiatli vedcov. Napríklad vzorka chlóru obsahuje 75,8 % chlóru-35 a 24,2 % chlóru-37, čo dáva priemernú atómovú hmotnosť 35,5 jednotiek atómovej hmotnosti.

Podľa všeobecne uznávanej teórie kozmológie vznikli pri Veľkom tresku iba izotopy vodíka a hélia, stopy niektorých izotopov lítia a berýlia a možno aj nejakého bóru a všetky ostatné izotopy boli syntetizované neskôr, vo hviezdach a supernovách. a pri interakciách medzi energetickými časticami, ako je kozmické žiarenie, a predtým získanými izotopmi. Zodpovedajúce izotopové zastúpenie izotopov na Zemi je určené množstvom produkovaným týmito procesmi, ich šírením v galaxii a rýchlosťou rozpadu izotopov, ktoré sú nestabilné. Po počiatočnom zlúčení slnečnej sústavy sa izotopy prerozdelili podľa hmotnosti a izotopové zloženie prvkov sa medzi planétami mierne líši. To niekedy umožňuje vystopovať pôvod meteoritov.

Atómová hmotnosť izotopov

Atómová hmotnosť (mr) izotopu je určená predovšetkým jeho hmotnostným číslom (t. j. počtom nukleónov v jeho jadre). Malé korekcie sú spôsobené väzbovou energiou jadra, malým rozdielom v hmotnosti protónu a neutrónu a hmotnosťou elektrónov spojených s atómom.

Hromadné číslo - bezrozmerné množstvo. Atómová hmotnosť sa na druhej strane meria pomocou jednotky atómovej hmotnosti založenej na hmotnosti atómu uhlíka-12. Označuje sa symbolmi „u“ (pre jednotnú jednotku atómovej hmotnosti) alebo „Da“ (pre dalton).

Atómové hmotnosti prirodzených izotopov prvku určujú atómovú hmotnosť prvku. Ak prvok obsahuje izotopy N, pre priemernú atómovú hmotnosť platí tento výraz:

Kde m 1, m 2, ..., mN sú atómové hmotnosti každého jednotlivého izotopu a x 1, ..., xN je relatívny výskyt týchto izotopov.

Aplikácia izotopov

Existuje niekoľko aplikácií, ktoré využívajú vlastnosti rôznych izotopov daného prvku. Izotopová separácia je dôležitým technologickým problémom, najmä pri ťažkých prvkoch, ako je urán alebo plutónium. Ľahšie prvky, ako je lítium, uhlík, dusík a kyslík, sú zvyčajne oddelené plynnou difúziou ich zlúčenín, ako sú CO a NO. Separácia vodíka a deutéria je nezvyčajná, pretože je založená skôr na chemických ako na fyzikálnych vlastnostiach, ako napríklad pri Girdlerovom sulfidovom procese. Izotopy uránu boli objemovo oddelené difúziou plynu, centrifugáciou plynu, separáciou laserovou ionizáciou a (v projekte Manhattan) výrobou typu hmotnostnej spektrometrie.

Využitie chemických a biologických vlastností

Izotopová analýza je určenie izotopového podpisu, relatívneho množstva izotopov daného prvku v konkrétnej vzorke. Najmä v prípade živín sa môžu vyskytnúť významné odchýlky v izotopoch C, N a O. Analýza takýchto variácií má širokú škálu aplikácií, ako je zisťovanie falšovania v potravinových produktoch alebo geografického pôvodu produktov pomocou izostín. Identifikácia niektorých meteoritov, ktoré vznikli na Marse, je čiastočne založená na izotopovom podpise stopových plynov, ktoré obsahujú.
Izotopová substitúcia sa môže použiť na určenie mechanizmu chemickej reakcie prostredníctvom kinetického izotopového efektu.
Ďalšou bežnou aplikáciou je izotopové značenie, použitie neobvyklých izotopov ako indikátorov alebo markerov v chemických reakciách. Zvyčajne sú atómy daného prvku navzájom nerozoznateľné. Použitím izotopov rôznych hmotností je však možné rozlíšiť aj rôzne nerádioaktívne stabilné izotopy pomocou hmotnostnej spektrometrie alebo infračervenej spektroskopie. Napríklad pri „stabilnom izotopovom značení aminokyselín v bunkovej kultúre“ (SILAC) sa na kvantifikáciu proteínov používajú stabilné izotopy. Ak sa použijú rádioaktívne izotopy, možno ich zistiť podľa žiarenia, ktoré vyžarujú (toto sa nazýva rádioizotopové označovanie).
Izotopy sa bežne používajú na stanovenie koncentrácie rôznych prvkov alebo látok pomocou metódy riedenia izotopov, pri ktorej sa známe množstvá izotopovo substituovaných zlúčenín zmiešajú so vzorkami a izotopové podpisy výsledných zmesí sa stanovia pomocou hmotnostnej spektrometrie.

Použitie jadrových vlastností

Podobnou metódou ako rádioizotopové značkovanie je rádiometrické datovanie: pomocou známeho polčasu rozpadu nestabilného prvku možno vypočítať čas, ktorý uplynul od existencie známej koncentrácie izotopu. Najznámejším príkladom je rádiokarbónové datovanie, ktoré sa používa na určenie veku uhlíkatých materiálov.
Niektoré formy spektroskopie sa spoliehajú na jedinečné jadrové vlastnosti špecifických izotopov, rádioaktívnych aj stabilných. Napríklad nukleárna magnetická rezonančná (NMR) spektroskopia sa môže použiť len pre izotopy s nenulovým jadrovým spinom. Najbežnejšie izotopy používané v NMR spektroskopii sú 1H, 2D, 15N, 13C a 31P.
Mössbauerova spektroskopia sa tiež spolieha na jadrové prechody špecifických izotopov, ako je 57Fe.

Pravdepodobne nie je na zemi človek, ktorý by nepočul o izotopoch. Ale nie každý vie, čo to je. Fráza „rádioaktívne izotopy“ znie obzvlášť desivo. Tieto zvláštne chemické prvky desia ľudstvo, no v skutočnosti nie sú také strašidelné, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať.

Definícia

Na pochopenie pojmu rádioaktívne prvky je potrebné najprv povedať, že izotopy sú vzorky toho istého chemického prvku, ale s rôznymi hmotnosťami. Čo to znamená? Otázky zmiznú, ak si najprv zapamätáme štruktúru atómu. Pozostáva z elektrónov, protónov a neutrónov. Počet prvých dvoch elementárnych častíc v jadre atómu je vždy konštantný, pričom neutróny, ktoré majú svoju hmotnosť, sa môžu v tej istej látke vyskytovať v rôznych množstvách. Táto okolnosť vedie k vzniku rôznych chemických prvkov s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami.

Teraz môžeme poskytnúť vedeckú definíciu skúmaného pojmu. Izotopy sú teda kolektívnym súborom chemických prvkov, ktoré majú podobné vlastnosti, ale majú rôzne hmotnosti a fyzikálne vlastnosti. Podľa modernejšej terminológie sa im hovorí galaxia nukleotidov chemického prvku.

Trochu histórie

Začiatkom minulého storočia vedci zistili, že tá istá chemická zlúčenina za rôznych podmienok môže mať rôzne hmotnosti elektrónových jadier. Z čisto teoretického hľadiska by sa takéto prvky mohli považovať za nové a mohli by začať zapĺňať prázdne bunky v periodickej tabuľke D. Mendelejeva. Voľných buniek je v ňom ale len deväť a vedci objavili desiatky nových prvkov. Matematické výpočty navyše ukázali, že objavené zlúčeniny nemožno považovať za predtým neznáme, pretože ich chemické vlastnosti plne zodpovedali charakteristikám existujúcich.

Po dlhých diskusiách bolo rozhodnuté nazvať tieto prvky izotopmi a umiestniť ich do rovnakého boxu ako tie, ktorých jadrá obsahujú rovnaký počet elektrónov. Vedci dokázali určiť, že izotopy sú len niektoré variácie chemických prvkov. Príčiny ich výskytu a očakávaná dĺžka života sa však skúmajú už takmer storočie. Ani na začiatku 21. storočia sa nedá povedať, že ľudstvo vie o izotopoch úplne všetko.

Trvalé a nestabilné variácie

Každý chemický prvok má niekoľko izotopov. Vzhľadom na to, že v ich jadrách sú voľné neutróny, nie vždy vstupujú do stabilných väzieb so zvyškom atómu. Po určitom čase z jadra odchádzajú voľné častice, čím sa mení jeho hmotnosť a fyzikálne vlastnosti. Takto vznikajú ďalšie izotopy, čo v konečnom dôsledku vedie k vytvoreniu látky s rovnakým počtom protónov, neutrónov a elektrónov.

Tie látky, ktoré sa veľmi rýchlo rozkladajú, sa nazývajú rádioaktívne izotopy. Do vesmíru uvoľňujú veľké množstvo neutrónov a vytvárajú silné ionizujúce gama žiarenie, známe svojou silnou prenikavou silou, ktorá negatívne ovplyvňuje živé organizmy.

Stabilnejšie izotopy nie sú rádioaktívne, pretože počet nimi uvoľnených voľných neutrónov nie je schopný generovať žiarenie a významne ovplyvňovať iné atómy.

Už dávno vedci stanovili jeden dôležitý vzorec: každý chemický prvok má svoje vlastné izotopy, perzistentné alebo rádioaktívne. Zaujímavosťou je, že mnohé z nich boli získané v laboratórnych podmienkach a ich prítomnosť v prírodnej forme je malá a nie je vždy detekovaná prístrojmi.

Distribúcia v prírode

V prírodných podmienkach sa najčastejšie vyskytujú látky, ktorých izotopová hmotnosť je priamo určená ich poradovým číslom v tabuľke D. Mendelejeva. Napríklad vodík, označený symbolom H, má atómové číslo 1 a jeho hmotnosť sa rovná jednej. Jeho izotopy, 2H a 3H, sú v prírode extrémne zriedkavé.

Dokonca aj ľudské telo má niektoré rádioaktívne izotopy. Dostávajú sa cez potravu vo forme izotopov uhlíka, ktoré sú naopak absorbované rastlinami z pôdy alebo vzduchu a stávajú sa súčasťou organickej hmoty počas procesu fotosyntézy. Preto ľudia, zvieratá a rastliny vyžarujú určité pozadie. Len je taký nízky, že nenarúša normálne fungovanie a rast.

Zdrojmi, ktoré prispievajú k tvorbe izotopov, sú vnútorné vrstvy zemského jadra a žiarenie z vesmíru.

Ako viete, teplota na planéte do značnej miery závisí od jej horúceho jadra. Ale len veľmi nedávno sa ukázalo, že zdrojom tohto tepla je komplexná termonukleárna reakcia, na ktorej sa podieľajú rádioaktívne izotopy.

Izotopový rozpad

Keďže izotopy sú nestabilné útvary, dá sa predpokladať, že sa časom vždy rozpadajú na trvalejšie jadrá chemických prvkov. Toto tvrdenie je pravdivé, pretože vedci nedokázali odhaliť obrovské množstvo rádioaktívnych izotopov v prírode. A väčšina z tých, ktoré boli extrahované v laboratóriách, trvala niekoľko minút až niekoľko dní a potom sa zmenili späť na bežné chemické prvky.

Ale v prírode existujú aj izotopy, ktoré sa ukázali ako veľmi odolné voči rozpadu. Môžu existovať miliardy rokov. Takéto prvky vznikali v tých vzdialených časoch, keď sa Zem ešte len formovala a na jej povrchu nebola ani pevná kôra.

Rádioaktívne izotopy sa veľmi rýchlo rozpadajú a znovu vznikajú. Preto, aby sa uľahčilo hodnotenie stability izotopu, vedci sa rozhodli zvážiť kategóriu jeho polčasu rozpadu.

Polovičný život

Všetkým čitateľom nemusí byť hneď jasné, čo sa pod týmto pojmom myslí. Poďme si to definovať. Polčas rozpadu izotopu je čas, počas ktorého konvenčná polovica prijatej látky prestane existovať.

To neznamená, že zvyšok spojenia bude zničený za rovnaký čas. V súvislosti s touto polovicou je potrebné uvažovať aj s ďalšou kategóriou – časovým úsekom, počas ktorého zmizne jej druhá časť, teda štvrtina pôvodného množstva látky. A táto úvaha pokračuje do nekonečna. Dá sa predpokladať, že je jednoducho nemožné vypočítať čas úplného rozpadu počiatočného množstva látky, pretože tento proces je prakticky nekonečný.

Vedci, ktorí poznajú polčas rozpadu, však môžu určiť, koľko látky na začiatku existovalo. Tieto údaje sa úspešne využívajú v príbuzných vedách.

V modernom vedeckom svete sa koncept úplného rozpadu prakticky nepoužíva. Pre každý izotop je zvykom uvádzať jeho polčas rozpadu, ktorý sa pohybuje od niekoľkých sekúnd až po mnoho miliárd rokov. Čím nižší je polčas rozpadu, tým viac žiarenia pochádza z látky a tým vyššia je jej rádioaktivita.

Fosílne úžitok

V niektorých odvetviach vedy a techniky sa používanie relatívne veľkého množstva rádioaktívnych látok považuje za povinné. V prírodných podmienkach je však takýchto zlúčenín veľmi málo.

Je známe, že izotopy sú nezvyčajné varianty chemických prvkov. Ich počet sa meria v niekoľkých percentách najodolnejšej odrody. To je dôvod, prečo vedci potrebujú umelo obohacovať fosílne materiály.

Za roky výskumu sme zistili, že rozpad izotopu je sprevádzaný reťazovou reakciou. Uvoľnené neutróny jednej látky začnú ovplyvňovať druhú. V dôsledku toho sa ťažké jadrá rozpadajú na ľahšie a získavajú sa nové chemické prvky.

Tento jav sa nazýva reťazová reakcia, v dôsledku ktorej možno získať stabilnejšie, ale menej bežné izotopy, ktoré sa následne využívajú v národnom hospodárstve.

Aplikácia energie rozpadu

Vedci tiež zistili, že pri rozpade rádioaktívneho izotopu sa uvoľňuje obrovské množstvo voľnej energie. Jeho množstvo sa zvyčajne meria pomocou Curieovej jednotky, ktorá sa rovná času štiepenia 1 g radónu-222 za 1 sekundu. Čím vyšší je tento ukazovateľ, tým viac energie sa uvoľní.

To sa stalo dôvodom pre vývoj spôsobov využitia voľnej energie. Takto sa objavili atómové reaktory, do ktorých je umiestnený rádioaktívny izotop. Väčšina energie, ktorú uvoľňuje, sa zhromažďuje a premieňa na elektrickú energiu. Na základe týchto reaktorov vznikajú jadrové elektrárne, ktoré poskytujú najlacnejšiu elektrinu. Menšie verzie takýchto reaktorov sú inštalované na mechanizmoch s vlastným pohonom. Vzhľadom na nebezpečenstvo nehôd sa ako také vozidlá najčastejšie používajú ponorky. V prípade zlyhania reaktora bude počet obetí na ponorke jednoduchšie minimalizovať.

Ďalšou veľmi desivou možnosťou využitia energie polčasu rozpadu sú atómové bomby. Počas druhej svetovej vojny ich testovali na ľuďoch v japonských mestách Hirošima a Nagasaki. Následky boli veľmi smutné. Preto je na svete dohoda o nepoužívaní týchto nebezpečných zbraní. Veľké štáty so zameraním na militarizáciu zároveň pokračujú vo výskume v tejto oblasti aj dnes. Navyše mnohí z nich, tajne zo svetovej komunity, vyrábajú atómové bomby, ktoré sú tisíckrát nebezpečnejšie ako tie, ktoré sa používajú v Japonsku.

Izotopy v medicíne

Na mierové účely sa v medicíne naučili využívať rozpad rádioaktívnych izotopov. Nasmerovaním žiarenia na postihnutú oblasť tela je možné zastaviť priebeh ochorenia alebo pomôcť pacientovi úplne sa zotaviť.

Na diagnostiku sa však častejšie používajú rádioaktívne izotopy. Ide o to, že ich pohyb a povahu zhluku možno najľahšie určiť žiarením, ktoré produkujú. Do ľudského tela sa tak vstrekne určité zdravotne nezávadné množstvo rádioaktívnej látky a lekári pomocou prístrojov pozorujú, ako a kam sa dostane.

Diagnostikujú tak fungovanie mozgu, povahu rakovinových nádorov a zvláštnosti fungovania endokrinných a exokrinných žliaz.

Aplikácia v archeológii

Je známe, že živé organizmy vždy obsahujú rádioaktívny uhlík-14, ktorého polčas rozpadu je 5570 rokov. Vedci navyše vedia, koľko tohto prvku je obsiahnuté v tele až do okamihu smrti. To znamená, že všetky zrezané stromy vyžarujú rovnaké množstvo žiarenia. Postupom času sa intenzita žiarenia znižuje.

To pomáha archeológom určiť, ako dávno zomrelo drevo, z ktorého bola postavená galéra alebo akákoľvek iná loď, a teda aj čas samotnej stavby. Táto výskumná metóda sa nazýva analýza rádioaktívneho uhlíka. Vďaka nej je pre vedcov jednoduchšie stanoviť chronológiu historických udalostí.

Štúdium fenoménu rádioaktivity vedci v prvom desaťročí 20. storočia. objavili veľké množstvo rádioaktívnych látok – asi 40. Bolo ich podstatne viac, ako bolo voľných miest v periodickej tabuľke prvkov medzi bizmutom a uránom. Povaha týchto látok bola kontroverzná. Niektorí vedci ich považovali za nezávislé chemické prvky, ale v tomto prípade sa otázka ich umiestnenia v periodickej tabuľke ukázala ako neriešiteľná. Iní im vo všeobecnosti odopierali právo byť nazývaní prvkami v klasickom zmysle. Anglický fyzik D. Martin v roku 1902 nazval takéto látky rádioelementy. Pri ich skúmaní sa ukázalo, že niektoré rádiové prvky majú presne rovnaké chemické vlastnosti, ale líšia sa atómovými hmotnosťami. Táto okolnosť bola v rozpore so základnými ustanoveniami periodického zákona. Rozpor vyriešil anglický vedec F. Soddy. V roku 1913 nazval chemicky podobné rádioelementy izotopmi (z gréckych slov znamenajúcich „rovnaké“ a „miesto“), to znamená, že zaberajú rovnaké miesto v periodickej tabuľke. Rádioprvky sa ukázali ako izotopy prírodných rádioaktívnych prvkov. Všetky sú spojené do troch rádioaktívnych rodín, ktorých predkami sú izotopy tória a uránu.

Izotopy kyslíka. Izobary draslíka a argónu (izobary sú atómy rôznych prvkov s rovnakým hmotnostným číslom).

Počet stabilných izotopov pre párne a nepárne prvky.

Čoskoro sa ukázalo, že ďalšie stabilné chemické prvky majú tiež izotopy. Hlavnú zásluhu na ich objave má anglický fyzik F. Aston. Objavil stabilné izotopy mnohých prvkov.

Z moderného hľadiska sú izotopy rôznymi atómami chemického prvku: majú rôzne atómové hmotnosti, ale rovnaký jadrový náboj.

Ich jadrá teda obsahujú rovnaký počet protónov, ale rôzny počet neutrónov. Napríklad prírodné izotopy kyslíka so Z = 8 obsahujú vo svojich jadrách 8, 9 a 10 neutrónov. Súčet počtov protónov a neutrónov v jadre izotopu sa nazýva hmotnostné číslo A. V dôsledku toho sú hmotnostné čísla uvedených izotopov kyslíka 16, 17 a 18. V súčasnosti sa pre izotopy akceptuje nasledovné označenie: hodnota Z je uvedená nižšie vľavo od symbolu prvku, hodnota A je uvedená vľavo hore. Napríklad: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Od objavenia fenoménu umelej rádioaktivity sa pomocou jadrových reakcií pre prvky so Z od 1 do 110 vyrobilo približne 1800 umelých rádioaktívnych izotopov. Prevažná väčšina umelých rádioizotopov má veľmi krátke polčasy rozpadu, merané v sekundách a zlomkoch sekúnd. ; len niektoré majú relatívne dlhú životnosť (napríklad 10 Be - 2,7 10 6 rokov, 26 Al - 8 10 5 rokov atď.).

Stabilné prvky sú v prírode zastúpené približne 280 izotopmi. Niektoré z nich sa však ukázali ako slabo rádioaktívne, s obrovskými polčasmi rozpadu (napríklad 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Životnosť týchto izotopov je taká dlhá, že ich možno považovať za stabilné.

Vo svete stabilných izotopov je stále veľa výziev. Nie je teda jasné, prečo sa ich počet medzi rôznymi prvkami tak výrazne líši. Asi 25 % stabilných prvkov (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) je prítomných v príroda len jeden typ atómu. Ide o takzvané jednotlivé prvky. Je zaujímavé, že všetky (okrem Be) majú nepárne hodnoty Z. Vo všeobecnosti pre nepárne prvky počet stabilných izotopov nepresahuje dva. Naproti tomu niektoré prvky párneho Z pozostávajú z veľkého počtu izotopov (napríklad Xe má 9, Sn má 10 stabilných izotopov).

Súbor stabilných izotopov daného prvku sa nazýva galaxia. Ich obsah v galaxii často veľmi kolíše. Je zaujímavé poznamenať, že najvyšší obsah majú izotopy s hmotnostnými číslami, ktoré sú násobky štyroch (12 C, 16 O, 20 Ca atď.), aj keď existujú výnimky z tohto pravidla.

Objav stabilných izotopov umožnil vyriešiť dlhoročnú záhadu atómových hmôt – ich odchýlku od celých čísel, vysvetlenú rôznym percentom stabilných izotopov prvkov v galaxii.

V jadrovej fyzike je známy pojem „izobary“. Izobary sú izotopy rôznych prvkov (to znamená s rôznymi hodnotami Z), ktoré majú rovnaké hmotnostné čísla. Štúdium izobar prispelo k vytvoreniu mnohých dôležitých vzorcov v správaní a vlastnostiach atómových jadier. Jeden z týchto vzorcov vyjadruje pravidlo, ktoré sformulovali sovietsky chemik S. A. Shchukarev a nemecký fyzik I. Mattauch. Hovorí sa: ak sa dve izobary líšia v hodnotách Z o 1, potom jedna z nich bude určite rádioaktívna. Klasickým príkladom dvojice izobár je 40 18 Ar - 40 19 K. V nej je izotop draslíka rádioaktívny. Pravidlo Shchukarev-Mattauch umožnilo vysvetliť, prečo v prvkoch technécium (Z = 43) a prométhium (Z = 61) neexistujú stabilné izotopy. Keďže majú nepárne hodnoty Z, nedali sa u nich očakávať viac ako dva stabilné izotopy. Ukázalo sa však, že izobary technécia a prométia, respektíve izotopy molybdénu (Z = 42) a ruténia (Z = 44), neodýmu (Z = 60) a samária (Z = 62), sú v prírode zastúpené stabilným odrody atómov v širokom rozsahu hmotnostných čísel . Fyzikálne zákony teda zakazujú existenciu stabilných izotopov technécia a prométia. To je dôvod, prečo tieto prvky v prírode v skutočnosti neexistujú a museli byť umelo syntetizované.

Vedci sa už dlho snažia vyvinúť periodický systém izotopov. Samozrejme, je založená na iných princípoch, ako je základ periodickej tabuľky prvkov. Tieto pokusy však zatiaľ neviedli k uspokojivým výsledkom. Pravdaže, fyzici dokázali, že postupnosť plnenia protónových a neutrónových obalov v atómových jadrách je v princípe podobná konštrukcii elektrónových obalov a podobalov v atómoch (pozri Atóm).

Elektrónové obaly izotopov daného prvku sú konštruované úplne rovnako. Preto sú ich chemické a fyzikálne vlastnosti takmer totožné. Iba izotopy vodíka (protium a deutérium) a ich zlúčeniny vykazujú výrazné rozdiely vo vlastnostiach. Napríklad ťažká voda (D 2 O) zamŕza pri +3,8, vrie pri 101,4 °C, má hustotu 1,1059 g/cm 3 a nepodporuje život živočíchov a rastlinných organizmov. Pri elektrolýze vody na vodík a kyslík sa rozkladajú prevažne molekuly H 2 0, zatiaľ čo molekuly ťažkej vody zostávajú v elektrolyzéri.

Oddelenie izotopov iných prvkov je mimoriadne náročná úloha. V mnohých prípadoch sú však potrebné izotopy jednotlivých prvkov s výrazne zmeneným výskytom v porovnaní s prirodzeným výskytom. Napríklad pri riešení problému atómovej energie bolo potrebné oddeliť izotopy 235 U a 238 U. Na tento účel bola najskôr použitá metóda hmotnostnej spektrometrie, pomocou ktorej sa získali prvé kilogramy uránu-235. v USA v roku 1944. Táto metóda sa však ukázala ako príliš drahá a bola nahradená metódou plynovej difúzie, ktorá využívala UF 6. Teraz existuje niekoľko metód na separáciu izotopov, ale všetky sú dosť zložité a drahé. A napriek tomu sa problém „rozdelenia neoddeliteľného“ úspešne rieši.

Vznikla nová vedná disciplína – izotopová chémia. Študuje správanie rôznych izotopov chemických prvkov v chemických reakciách a procesoch výmeny izotopov. V dôsledku týchto procesov dochádza k redistribúcii izotopov daného prvku medzi reagujúce látky. Tu je najjednoduchší príklad: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (molekula vody vymení atóm protia za atóm deutéria). Rozvíja sa aj geochémia izotopov. Študuje variácie v izotopovom zložení rôznych prvkov v zemskej kôre.

Najpoužívanejšie sú takzvané označené atómy – umelé rádioaktívne izotopy stabilných prvkov alebo stabilné izotopy. Pomocou izotopových indikátorov – označených atómov – skúmajú dráhy pohybu prvkov v neživej a živej prírode, charakter distribúcie látok a prvkov v rôznych objektoch. Izotopy sa používajú v jadrovej technike: ako materiály na stavbu jadrových reaktorov; ako jadrové palivo (izotopy tória, uránu, plutónia); pri termonukleárnej fúzii (deutérium, 6 Li, 3 He). Rádioaktívne izotopy sú tiež široko používané ako zdroje žiarenia.

Čo sú izotopy

Izotopy je typ atómu chemického prvku. V každom atóme je vždy rovnaký počet elektrónov a protónov. Keďže majú opačné náboje (elektróny sú záporné a protóny kladné), atóm je vždy neutrálny (táto elementárna častica nenesie náboj, je nulová). Keď sa elektrón stratí alebo zachytí, atóm stratí neutralitu a stane sa negatívnym alebo pozitívnym iónom.
Neutróny nemajú náboj, ale ich počet v atómovom jadre toho istého prvku sa môže meniť. To nijako neovplyvňuje neutralitu atómu, ale ovplyvňuje jeho hmotnosť a vlastnosti. Napríklad akýkoľvek izotop atómu vodíka obsahuje jeden elektrón a jeden protón. Ale počet neutrónov je iný. Protium má iba 1 neutrón, deutérium má 2 neutróny a trícium má 3 neutróny. Tieto tri izotopy sa navzájom výrazne líšia vlastnosťami.

Porovnanie izotopov

Ako sa izotopy líšia? Majú rôzny počet neutrónov, rôznu hmotnosť a rôzne vlastnosti. Izotopy majú identickú štruktúru elektrónových obalov. To znamená, že majú veľmi podobné chemické vlastnosti. Preto majú v periodickej tabuľke jedno miesto.
V prírode sa našli stabilné a rádioaktívne (nestabilné) izotopy. Jadrá atómov rádioaktívnych izotopov sú schopné spontánnej premeny na iné jadrá. Počas procesu rádioaktívneho rozpadu vyžarujú rôzne častice.
Väčšina prvkov má viac ako dva tucty rádioaktívnych izotopov. Okrem toho sú rádioaktívne izotopy umelo syntetizované pre absolútne všetky prvky. V prírodnej zmesi izotopov sa ich obsah mierne líši.
Existencia izotopov umožnila pochopiť, prečo v niektorých prípadoch majú prvky s nižšou atómovou hmotnosťou vyššie atómové číslo ako prvky s vyššou atómovou hmotnosťou. Napríklad v páre argón-draslík obsahuje argón ťažké izotopy a draslík obsahuje ľahké izotopy. Preto je hmotnosť argónu väčšia ako hmotnosť draslíka.

TheDifference.ru zistil, že rozdiel medzi izotopmi je nasledujúci:

Majú rôzny počet neutrónov.
Izotopy majú rôzne atómové hmotnosti.
Hodnota hmotnosti atómov iónov ovplyvňuje ich celkovú energiu a vlastnosti.